【摘 要】
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我国榆神府矿区赋存着大量的浅埋煤层,埋藏浅、基岩薄、上覆厚松散层是其典型的赋存特征,目前大多数矿井已进入下煤层开采阶段。实践表明,煤层群开采遗留的煤柱的集中应力,严
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我国榆神府矿区赋存着大量的浅埋煤层,埋藏浅、基岩薄、上覆厚松散层是其典型的赋存特征,目前大多数矿井已进入下煤层开采阶段。实践表明,煤层群开采遗留的煤柱的集中应力,严重影响矿井安全高效生产。本文以哈拉沟煤矿12101工作面为工程背景,对浅埋近距离下煤层开采末采阶段过上部集中煤柱的覆岩垮落特征、裂隙演化规律及底板支承压力特征进行研究。基于12101工作面现场矿压规律实测,并结合榆神府矿区6个工作面过煤柱开采的实例统计,分析了不同工作面过煤柱时的矿压显现规律。研究表明,当工作面过辅回撤巷道时,上部煤柱整体随亚关键层破断下沉,导致工作面出现强来压。基于物理模拟得出,工作面在进煤柱和过煤柱阶段,矿压显现不明显;出煤柱阶段,亚关键层沿着空巷底板裂缝处发生破断,煤柱整体失稳破断下沉,导致出现强矿压显现。通过FLAC3D数值模拟得出,进煤柱、过煤柱和出煤柱时的超前支承压力峰值分别为12.7MPa、14.5MPa和20.9MPa;工作面过煤柱时超前支承压力从上部煤柱转移至下工作面,出空巷时应力峰值达到最大;塑性区分析表明,上下煤层基岩中出现贯通型剪切破坏,下煤层工作面顶板呈切落式破断,出煤柱阶段工作面来压剧烈,与实测和物理模拟分析一致。针对下煤层进出煤柱关键层的破坏特征,建立了进、出煤柱的顶板结构力学模型。分析得出,当下煤层工作面采高越大、煤层间距越小时,下煤层工作面容易出现强矿压。过煤柱阶段,由于岩块之间的铰接作用,即使煤柱上方主关键层随煤柱发生周期性破断,也不会引起强来压;出煤柱阶段,煤柱及煤层顶板关键块整体回转运动,引起强烈载荷导致下煤层关键块结构失稳切落,工作面来压剧烈。本文研究,揭示了浅埋近距离煤层末采阶段过煤柱矿压机理,可为类似工作面末采阶段过煤柱动压控制提供借鉴。
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